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  自Haeshin Lee等人在2007年首次報道海洋貽貝靈感表面化學(xué)（mussel-inspired surface chemistry）的多功能聚多巴胺涂層（polydopamine coating）以來，基于鄰苯二酚的“material-independent”化學(xué)表面改性策略在生物醫(yī)學(xué)、能量儲存和環(huán)境科學(xué)等幾乎所有的科學(xué)和工程領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要的影響。值得一提的是，該表面化學(xué)手段在用于生物醫(yī)用材料表面功能化時，通常需借助生物分子的活性基團(tuán)（如：氨基或巰基）和鄰苯二酚基團(tuán)的反應(yīng)（如麥克加成或席夫堿反應(yīng)），除了極易造成生物分子的活性降低，還具有表面反應(yīng)不徹底、分子取向隨機(jī)以及多分子修飾不可控性等缺點。

圖1. 可生物正交貽貝靈感多肽模擬物的分子結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用于血管支架的表面改性。

  最近，西南交通大學(xué)黃楠/楊志祿教授與江蘇大學(xué)潘國慶教授、香港理工趙昕教授合作，從海洋貽貝粘附蛋白的分子結(jié)構(gòu)和粘附功能出發(fā)，仿生設(shè)計合成出具有鄰苯二酚側(cè)基和疊氮端基的多肽模擬物，巧妙地將將貽貝足蛋白分子的廣譜粘附機(jī)制和生物正交點擊化學(xué)（bioorthogonal click chemistry）的特異性分子修飾相結(jié)合，并用于心血管類支架材料的表面改性，以期解決心血管支架材料在長期植入過程中會出現(xiàn)內(nèi)膜增生、再狹窄的一個重要臨床醫(yī)學(xué)問題(圖1)。由于貽貝足蛋白的分子粘附機(jī)制（共價/非共價協(xié)同作用），這種新型貽貝多肽模擬分子可以通過鄰苯二酚/金屬的配位作用穩(wěn)定結(jié)合在血管支架材料上，從而得到可生物點擊的疊氮化材料表面。相比如傳統(tǒng)聚多巴胺涂層，疊氮化表面可以通過生物正交反應(yīng)特異性結(jié)合偶聯(lián)二芐基環(huán)辛炔(DBCO)修飾的生物活性配體，可避免聚多巴胺表面涂層二次生物修飾過程中生物活性降低、分子取向無序的不足。而且，由于點擊化學(xué)的特異性和徹底性，該方法還具備多分子可控共修飾的優(yōu)勢。

圖2. 通過可生物點擊貽貝仿生多肽構(gòu)建的雙功能血管支架具備快速表面內(nèi)皮化并長期抑制內(nèi)膜增生和支架的再狹窄。

  為了證實這種改進(jìn)的貽貝靈感表面功能化策略在抑制血管支架內(nèi)膜增生和再狹窄方面的優(yōu)勢，作者概念性展示了血管支架表面雙功能涂層的構(gòu)建，即，構(gòu)建出可特異性識別捕獲內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPC)和可自催化產(chǎn)生一氧化氮(NO)的雙功能涂層(圖1)。論文中，作者借助貽貝仿生多肽的表面粘附機(jī)制和生物正交點擊反應(yīng)將不同組分的EPC靶向肽和NO催化劑高效地接枝在血管支架表面上，并通過簡單地調(diào)節(jié)投料比例優(yōu)化雙功能涂層的組分，得到了具有最顯著抗凝血、抑制平滑肌細(xì)胞增殖遷移、促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞貼附的支架表面。體內(nèi)研究進(jìn)一步顯示，通過可生物點擊的貽貝仿生多肽優(yōu)化之后的雙功能血管支架可有效快速地促進(jìn)血管支架表面的內(nèi)皮化(第1周)。在長期植入情況下(第4-12周)，表面接枝有優(yōu)化雙功能組分的血管支架可以顯著地抑制內(nèi)膜增生和支架的再狹窄(圖2)。這項研究最直接的意義是為心血管植入器械表面多功能仿生設(shè)計提供了理論支撐和指導(dǎo)；如從應(yīng)用的廣泛性來看，該項工作將生物正交化學(xué)的特異性分子修飾和貽貝分子粘附的普適性有效結(jié)合，還有望提供一種廣泛適用于多種生物醫(yī)學(xué)植入材料生物功能化的表面工程策略。

  相關(guān)研究成果以“Bioclickable and mussel adhesive peptide mimics for engineering vascular stent surfaces”為題發(fā)表在國際著名期刊《美國科學(xué)院院刊》(PNAS) (DOI: 10.1073/pnas.2003732117) 上(圖3)。楊志祿教授和趙昕教授為該論文第一作者，黃楠教授和潘國慶教授為該論文的通訊作者；西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點實驗室/材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文的第一通訊單位。該研究工作的發(fā)表得到了國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金面上項目、四川省自然科學(xué)基金、江蘇省雙創(chuàng)團(tuán)隊及江蘇省六大人才高峰等項目的資助。

圖3. PNAS官方網(wǎng)站online的相關(guān)論文信息。

  論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/06/25/2003732117 

楊志祿研究員簡介：

  西南交通大學(xué)，研究員，博士生導(dǎo)師，四川省杰出青年基金獲得者，四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選，西南交通大學(xué)“揚華學(xué)者”。目前，擔(dān)任KeAi旗下國際期刊Smart Materials in Medicine主編、Engineered Regeneration編委、Bioactive Materials及Medical Gas Research客座主編。主要研究方向聚焦冠脈血管動脈粥樣硬化斑塊的病理發(fā)生機(jī)制、以及針對性用于冠脈/外周血管疾病治療的納米靶向藥物、藥物球囊及具有病灶治愈和血管組織修復(fù)功能的血管支架研究；以第一/通訊作者在PNAS，Research，Chemistry of Materials，Biomaterials等國際知名期刊共發(fā)表SCI論文40余篇。國際/國內(nèi)會議大會報告、邀請報告10余次。獲得授權(quán)發(fā)明專利14項（包括美國發(fā)明專利1項），其中發(fā)展的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“具有病灶治愈和血管組織修復(fù)功能的可降解支架涂層”技術(shù)已成功實現(xiàn)轉(zhuǎn)讓（轉(zhuǎn)讓費：1500萬）。

  課題組主頁：https://faculty.swjtu.edu.cn/yangzhilu/zh_CN/index.htm 

趙昕教授簡介：

  香港理工大學(xué)，生物醫(yī)學(xué)工程系，助理教授。2006年于英國帝國理工學(xué)院獲碩士學(xué)位，2010年于英國倫敦大學(xué)學(xué)院獲博士學(xué)位，隨后在美國哈佛大學(xué)從事博士后研究工作。趙昕教授長期致力于工程學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域中的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究工作，已形成獨具特色的研究體系。主要研究興趣包括生物活性材料，靶向藥物遞送，微流控分析芯片，靜電紡絲技術(shù)等。其已發(fā)表大量一流研究成果：在國際知名期刊（如PNAS, Chemical Reviews, Materials Today, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition, Biomaterials, Small, Theranostics）上發(fā)表論文80余篇。其研究結(jié)果多次作為科研亮點被Wiley公司旗下Materials Views及X-MOL化學(xué)平臺等科技媒體報道。同時，趙昕教授積極參與國際學(xué)術(shù)交流，已在國際學(xué)術(shù)會議做特邀或口頭報告20余次；且受邀編輯英文專著一本、撰寫英文專著章節(jié)5章；擔(dān)任國際知名期刊如Drug Discov Today、Molecules、Polymers的特邀編輯和 PNAS、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Small等雜志的審稿人。

  課題組網(wǎng)頁：http://www.zhaobiomaterialsgroup.com/ 

黃楠教授簡介：

  西南交通大學(xué)，教授，博士生導(dǎo)師，國家百千萬人才，國務(wù)院政府津貼獲得者。中國最早開展心血管生物材料研究的學(xué)者之一，我國心血管生物材料領(lǐng)域戰(zhàn)略發(fā)展計劃的規(guī)劃者之一。國際生物材料科學(xué)與工程聯(lián)合會Fellow，生物材料表面與界面國際會議國際委員會主席。先后主持承擔(dān)“973”、“863”項目、國家自然科學(xué)基金重點項目及面上項目等3000余萬元，發(fā)展出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列心血管材料表面改性的先進(jìn)技術(shù)和心血管植入介入器械的關(guān)鍵技術(shù)，所研究的具有我國自有知識產(chǎn)權(quán)的血管支架臨床應(yīng)用被證實優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品（目前臨床應(yīng)用已超過20萬例）。申請及獲得專利80余項。獲得省部級科技進(jìn)步獎3項，發(fā)表SCI收錄論文近300篇，被他人引用超1萬余次。國際會議大會報告、邀請報告40余次。

  課題組主頁：https://faculty.swjtu.edu.cn/huangnan/zh_CN/index.htm 

潘國慶教授簡介：

  江蘇大學(xué)特聘教授、研究員，歐盟“瑪麗?居里”學(xué)者。研究方向集中于高分子合成與生物材料仿生設(shè)計，具體涉及智能生物表界面、分子識別材料、生物醫(yī)用高分子以及組織工程等。迄今以第一/通訊作者在Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、PNAS、 Research、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.、Biomaterials、Small 等材料化學(xué)和生物材料領(lǐng)域頂級期刊上發(fā)表SCI收錄論文40余篇；申請國家發(fā)明專利10項，已授權(quán)6項，美國專利授權(quán)1項。曾擔(dān)任SCI期刊 Frontiers in Chemistry客座副主編，現(xiàn)擔(dān)任KeAi旗下國際期刊Smart Materials in Medicine副主編和Engineered Regeneration編委。2015年，同時獲得歐盟“Horizon-2020”科研規(guī)劃之“瑪麗·斯克沃多夫斯卡-居里”行動計劃以及德國洪堡基金會的資助。2019年擔(dān)任中國生物材料表界面工程分會委員。

  課題組主頁：http://faculty.ujs.edu.cn/panguoqing/zh_CN/